#为啥地球生物没进化出轮子或履带#
想象你赶公交要迟了,你拼命往前跑,跑了一百多米就喘成狗了。这时你发现路边有几辆共享单车,你果断取了一辆骑上,轻轻一踩,速度就上去了。你一定觉得,轮子真TM是个好东西啊!

你赶上了公交,坐在座位上想,轮子这么好的东西,我身上怎么没长两个呢?上天怎么偏偏给了我两条腿。莫非是自然选择把轮子漏掉了?不,你不相信自然选择会出错。自然选择连眼睛这么复杂的结构都能进化出来,怎么可能漏掉轮子?你知道自然选择创造出了很多效率高的出奇的运动结构,比如奔跑速度能达到112km/h的猎豹,游泳速度能达到112km/h的旗鱼。但是它并没有选择轮子,难道是。。。

你可能已经猜到了一个可能,但你会怀疑:也许轮子的效率并没有你所想的那么高?事实上,自然选择也进化出了轮子,比如这种螳螂虾,有时会把自己卷起来移动

你想,好吧,自然界中还是有轮子的。不过要是把自己卷起来在大街上滚,看起来也太蠢了,而且应该也滚不快吧。。。为什么自行车却很省力呢,到底出了什么问题?
其实你前面猜的感觉已经有点对了,轮子的效率可能高,可能不高。
想象一个完美的圆形轮子在平坦又坚固的地面上,你轻轻推了一下,它就滚了好远。你拿着这个轮子来到公园的草地上,还是轻轻推了一下,结果它没滚多远就停了(如果你想象到你的轮子倒了,那你应该想象一个更宽的轮子)。你想,哦,一定是草地太软了,带来了阻力。那我要问你,你自己在草地上走,和在平坦又坚固的地面上走,感觉区别大吗?你在草地上有明显觉得更费力吗?

你会说,那这么看来,腿对地形不那么敏感,所以大自然更喜欢腿这种设计?你可能是对的,但我不是大自然,我不知道。确实,轮子更像是针对特定环境做了优化后的设计,但谁说腿就没有被优化过呢?自然选择,是一种优化算法,所有表现优秀的设计都像是被优化过的。
我想让你继续思考的是,腿和轮子有哪些共同点,有哪些相似之处?这两者看起来区别挺大的是不是?当你走路的时候,你会先抬起一条腿,伸到前面,放下,以此为支点,重心向前移动,抬起后一条腿,跨到前面,如此反复交替。而轮子滚动时只是一直压着地面往前滚。

但我们可以这么来看,你拿一个车轮,把轮框去掉,只留下辐条,像这样。
但愿这些辐条足够结实。如果你骑着有这样轮子的自行车,那应该不会太舒服。不过。。。阿迪达斯还真有这样的自行车。

有机会不妨试试。所以,你可以把轮子想象成这种有很多条腿的设计。如果你加上更多的辐条,越来越密,最后你就会得到一个正常的实心轮子,也就不颠了。不过,我们真的不用装这么多条腿。你可能已经注意到了,对于这种没有轮框的轮子,最多也同时只有两条腿着地。如果能设计一种机构,当后一条腿离地后,迅速把它转到前面,那么两条腿就足够代替这很多条腿了。

把后一条腿换到前一条腿前面,其实没必要绕一大圈。你从一岁多就已经知道该怎么做这件事了。你不会把后一条腿甩过头顶绕到前面去,我也不认为你有那本事。
所以,为了把一条腿挪到前面,同时不蹭到地面,你可能会把腿弯一点来缩小长度,或者左右晃动改变身体的重心,像鸭子或企鹅那样走路,或者,你同时使用两者。

当你仔细想象这整个过程时,你大概会觉得,有的运动多余,浪费了能量,却又似乎不可避免。当你走路的时候,你的重心也会上下移动,也在颠。但我刚说了,你的腿可以弯。假如,当你往前移动的时候,弯曲支撑你的那条腿,让你的重心高度不变,好像就不颠了。不过你真应该试试保持自己重心高度不变走路,不自然,反而很累。

你可能还会考虑那个让你不舒服的轮子。如果你把那个奇怪车轮的辐条都换成能纵向压缩的弹簧,假如你能设计的弹性刚刚好,使得你骑的时候重心高度不变。会怎样?或许不好想象。不过我说了,如果辐条足够密,它就会变回一个正常的车轮。而你,多半是骑过一个胎压不足的正常车轮。确实,重心高度没变,车胎不断被挤压又弹回去,却有很多能量在这一过程中被浪费掉了。显然,只考虑重力势能的变化是不对滴。

那么我们现在保持自然的方式走路,是不是就是最高效的呢?差不多是,不过这取决于你的前进速度。走路的时候,支撑你身体的腿几乎不会弯曲。你宁可自己的身体上下颠,因为这样更节省能量。不过,你需要不断把后面的腿换到前面。这是必要的能量消耗。但是当你越走越快,继续用这种方式前进就吃不消了。因为你需要用更高的频率切换双腿,更大范围的加减速,更多的能量消耗。

这时,你可能会自然切换到慢跑。你的前进方式已经改变了。支撑你身体的腿开始像弹簧一样工作,落地时压缩,然后发力释放,使得你每一步可以跳出更远。这反而减少了你切换腿的频率,减少了能量消耗。

这么看来,自然选择让我们用腿移动也是一种优化的设计,是针对一定的移动速度进行优化。不过,不一定是针对唯一的速度区间。我们人是跖行动物,这意味着我们用整个脚掌着地走路。但当我们奔跑的时候,一般只用前脚掌,更接近趾行动物。这时,步态已经改变了。
我们腿的设计针对两种速度区间进行了优化,而有的动物则更多。比如马,有三种步态。马也会选择对于当前速度最高效的一种。

你可能想问,用腿移动真的很高效吗,甚至比轮子更高效?是的,去跑一场马拉松会消耗你大约3000大卡的热量。如果你计算一下移动单位质量单位距离所需要的能量,那么你比大多数交通工具都要高效。
事实上,人类制造了许多先进的交通工具,用了设计优秀的轮子,高精度加工的轴承。这些交通工具在空载的情况下几乎都不如动物高效。只有当负载增加时,才可能有一些优势。

最后,安利一下Coursera上宾夕法尼亚大学的机器人系列课程。其中Mobility课程主要就介绍了多足机器人,非常有启发性。虽然我现在不做这个领域的研究,但只要你有兴趣,我会毫不犹豫地把你引到这个坑里。

建国72周年
值此国庆佳节
祝愿我们伟大的祖国永远繁荣昌盛

祝福全国人民幸福安康。
2020年初
新冠在世界范围内爆发
2021年
从破防广州、南京“德尔塔”
到席卷南美的“拉姆达”
新冠不断进化

成了一场席卷全球的灾难
中国全体共同抗疫,最终将中国疫情得到了很好的控制,在中国疫miao处于临chuang阶段时,有很多的外国专家猜测,中国的疫miao一定会卖出天价,中国政府可以趁机狠狠的赚上一笔,但是中国最终的行为却让他们大为震惊,中国百姓接种新冠疫miao时,将全部免费!

截止到目前为止,关于新冠肺炎的治疗费用补贴了将近16亿元,无论从金、钱还是从政府对待感染者的态度,都在说明,中国的目的永远都是为了人民。

神舟12号的成功发射和完美凯旋,是人类航天史上的重要突破,都代表了在天空的持续存在。所不同的是,这次是我们中国,是我们中国人,它将改变几十年来美俄主导的太空格局。

“我们正在做我们的前人从来没有做过的极其光荣伟大的事业!我们的目的一定要达到!我们的目的一定能够达到!”心愿创造中国空间站历史的聂海胜、刘伯明、汤洪波三名宇航员平安归来!
孟晚舟回国是近日zui大的一条消息,它的结束,是中国的国际地位提升。在画师“乌合麒麟”画作中,来自深海的鮟鱇鱼跃出海面,溅起的水花形似一枚枫叶和高悬的“$”字样,而黄衣女子牢牢抓住了中国应急救援机垂下的绳子,反将腿上的电子脚镣扔进大鱼口中。

如果信念有颜色,那一定是中国红。随着时代发展,“国外的月亮比较圆”这个谎言已经编不下去了,兜兜转转过整个世界后,心甘情愿回到中国,满脸骄傲地说着“还是祖国好”的不在少数。

74、“远光视域”、“余光视域”实为远眼轴“点光源”所成“视
野”,而且,远眼轴“点光源”成“视野”的光线渐渐仅为
远眼轴“点光源”的“折射光线锥体”的一半、少半------

如示意图四十乙所示,“一片光明”中的“点光源”会与眼轴(结构轴)渐远,我们也已做分析,这会使得“点光源”那“折射光锥”中投射光轴两侧的光线进入瞳孔的量表现出差别。这是必然的。

示意图四十一、

如上图所示,即为“一片光明”中远眼轴“点光源”的“投射光线锥体”投射到“人眼”角膜上的情形。

75、所谓“点光源”实则在标示从一个方向不断投射到“人
眼”角膜上的光,“光线”则是连续投射着的光物质微粒

我们前文已经说过,“物光源”之所以会划分为无限多的“点光源”,是因为“物光源”原本为“物”。“物”有体形结构,而且是由无限多的部分构成的。由于光物质微粒体形已极小,产生于“浑(混)沌”,故它流播的始点便只能是“物光源”的一个极小部位。在这里,我们是不能把“物光源”整体看作光流播时的始点的。由此便会明白,“物光源”中极小部位的变动,都会引出流播方向不同的光,所以,“物光源”众多部位必然造成光流播方向的渐变,形成光物质微粒流播方向的交叉、流播速度的追尾。总之,流播中的光物质微粒在一系列的碰撞中,便会无可避免地形成“光阵”。

“物光源”中的“点光源”我们一般情况下观察不到,然光在凸透镜的折射过程却恰好对“物光源”的光做了分析,因为不同方向的光投射到凸透镜上,入射角不同,折射角不同,对投射光的流播方向便做了划分、归类。而这样一来,便如同有了“点光源”。

在这里,我们一定要明白,“物光源”乃是一个整体,它划分部位是一种连续的渐变,那么,我们又能否划定其中的一个部位,就确定为一个“点光源”呢?不能。凸透镜上的光折射过程可以划分“物光源”上的“点光源”,然这种划分,却会随着“物光源”与“凸透镜”相对位址的变动而发生变化。所以,我们说“物光源”必然划分为无限多的“点光源”,这是相对而言的,而且,实际上还是对“物光源”所发射的光做分析的。

在这里,我们还要明白,我们分析“物光源”的光,只是采用了经典光学的说法,运用了经典光学为后世所创造的词语,所创立的概念。因为只有这样,我们才能陈述表达自己的思维,与当代的光学家、生理学家做思维交流。人类的文化思想发展史就是这样的,后世之人只能以前代人所创立的语言做思维交流。

我们在前文亦曾说过,理论上的“点光源”不能实现,所以所谓的“点光源”的光线可以看作一个极细的光束。这是应该的,必须的,这一点还非常重要。因为在讨论“人眼”视觉时,必须从这一点出发,“人眼”视觉恰恰便对“点光源”的光线即极细小的光束又做了分析,而且,这种分析才是真正的“人眼分辨率”。

所谓“点光源”的光线是极细小的光束,这是从光源的角度考察。现在,“人眼”角膜要接受某一方向的光线,“方向”是理论化了的概念,所以“人眼”便会以“受光方向”对“点光源”的光线做分析。

在“人眼”这里,所受光线实则是从某一方向不断投射到角膜上的光物质微粒,而所谓光线,则是在某一方向上不断投射到角膜的光物质微粒流。

示意图四十二、

“人眼”的“光觉”变成“物觉”,并不是在获取“物”所发射的光线到达“人眼”实现。“人眼”只是感受某一方向上投射来的光,从而实现“光觉”。一个光源在某一个方向发射光,光源忽然熄灭,它所发射在与“人眼”间的距离中的光还是会直达“人眼”的。对此,光学家、生理学家做了另外的解释,似是说“人眼”可实现“光觉的短暂遗留”,称“视觉后象”。

可以做个粗浅比喻,一个水管向某处喷水,在水管掉向时,已喷出的水还会落向某处。

76、“视域”的选择功能的发生、发展、完善,与“人
眼”结构的进化同步,其机制便是“人眼”结构

“人眼”一旦放置在“一片光明”中,便会向前方选取一个“人眼视野投射光(线)空间锥体”,这便是“视野”。然我们又把这样的“光(线)空间锥体”的“底座面”命名为“视野”,这不仅是为了对“人眼视野投射光(线)空间锥体”本身做分析,而且是为了对它的“底座面”再做分析。分析之法,便是探寻那个“底座面”上那些随机变动、可远可近、可大可小的一重重的“人眼视域”的选取过程。

示意图四十三、

很显然,“人眼视域”乃“人眼视野”的一些部位、部分,所以,这种“选取”便是以角膜(包括前房)、与瞳孔相互配合实现的。这一点由上图即可看出。

假设我们从蚯蚓无眼对动物眼睛的发生和进化做思考,从而考察“人眼”的发生和进化,我们便应该明白:“人眼”是从无到有的,而从无到有的原因则在于较强的阳光的照射(地球固态壳层上的阳光或许古代很强烈),所以,“人眼”的发生和进化便是在破坏和复生的过程中实现的;破坏会引发自我保护,而复生则会增加薪的结构部位,这种过程应该是以人类历史中不断发生的“交代关系”完成的。正因为如此,所以“人眼”在发生、进化之初,便具有了在“人眼视野”面上选取“人眼视域”的萌芽。相对于“人眼”而言,光照有正有斜,正面照射光强,斜照之光自然较弱。故“人眼”受光、感光,便由“光照”本身迫使其对“人眼视野”做了分析(划分区域),有正有斜,有强有弱。“人眼”在“人眼视野”面上选取“人眼视域”便是这样开始的。

亦是为此,现代人类的“人眼”,放置到“一片光明”中,即使处于茫然无觉状态(所谓静息状态),只要它是睁开的,其“视野”便是背景,其“视域”则已做选择。对此,光学家、生理学家说是“主视域”和“远光视域”、“余光视域”。

同样为此,“人眼视域”便不仅不能脱离“人眼视野”,而且总是做为“人眼视野”的一个部分、部位存在。在“人眼”中,“视域”只表现为“视野”的清晰部位。“人眼视域”是“人眼视野”最清晰的中心部位,而“人眼视域”又有最清晰的中心部位。“人眼视域”只是与“人眼视野”相对而言,两者间有着大范围的重叠、过渡,总是不能截然划分。


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